實時操作系統(tǒng)

1、寫的不錯本人正在學習中有興趣的頂下我將繼續(xù)補發(fā)后面的 第一篇：函數(shù)的運行                                   第一篇：函數(shù)的運行      在一般的單片機系統(tǒng)中，是以前后臺的方式

2、(大循環(huán)+中斷)來處理數(shù)據(jù)和作出反應(yīng)的。      例子如下:            makefile的設(shè)定:運行WinAvr中的Mfile，設(shè)定如下      MCU Type: mega8      Optimization level: s      D

3、ebug format :AVR-COFF      C/C+ source file: 選譯要編譯的C文件  #include <avr/io.h>  void fun1(void)      unsigned char i=0;    while(1)          P

4、ORTB=i+;      PORTC=0x01<<(i%8);        int main(void)      fun1();        首先，提出一個問題：如果要調(diào)用一個函數(shù)，真是只能以上面的方式進行嗎？      相信學習過C語言的各位會回答，No!我們還有一種方式，就是“用函數(shù)指針變量調(diào)用函數(shù)”，如果大家都和

5、我一樣，當初的教科書是譚浩強先生的C程序設(shè)計的話，請找回書的第9.5節(jié)。            例子：用函數(shù)指針變量調(diào)用函數(shù)  #include <avr/io.h>  void fun1(void)      unsigned char i=0;    while(1)         

6、; PORTB=i+;      PORTC=0x01<<(i%8);        void (*pfun)();  /指向函數(shù)的指針  int main(void)      pfun=fun1;    /    (*pfun)();    /運行指針所指向的函數(shù) 

7、;              第二種，是“把指向函數(shù)的指針變量作函數(shù)參數(shù)”          #include <avr/io.h>  void fun1(void)      unsigned char i=0;    while(1)    &

8、#160;     PORTB=i+;      PORTC=0x01<<(i%8);        void RunFun(void (*pfun)()  /獲得了要傳遞的函數(shù)的地址      (*pfun)();            

9、0;    /在RunFun中，運行指針所指向的函數(shù)    int main(void)       RunFun(fun1);            /將函數(shù)的指針作為變量傳遞              看到上面的兩種方式，很多人可能會說，“這的確

10、不錯”，但是這樣與我們想要的RTOS，有什么關(guān)系呢？各位請細心向下看。      以下是GCC對上面的代碼的編譯的情況：            對main()中的RunFun(fun1); 的編譯如下    ldi r24,lo8(pm(fun1)    ldi r25,hi8(pm(fun1)    rcall Ru

11、nFun        對void RunFun(void (*pfun)()的編譯如下                  /*void RunFun(void (*pfun)()*/             

12、    /*(*pfun)();*/  .LM6:    movw r30,r24    icall    ret      在調(diào)用void RunFun(void (*pfun)()的時候，的確可以把fun1的地址通過r24和r25傳遞給RunFun()。但是，RTOS如何才能有效地利用函數(shù)的地址呢？  -第二篇： 人工堆棧  

13、0;     在單片機的指令集中，一類指令是專門與堆棧和PC指針打道的，它們是      rcall   相對調(diào)用子程序指令      icall   間接調(diào)用子程序指令      ret     子程序返回指令      reti 

14、60;  中斷返回指令          對于ret和reti，它們都可以將堆棧棧頂?shù)膬蓚€字節(jié)被彈出來送入程序計數(shù)器PC中，一般用來從子程序或中斷中退出。其中reti還可以在退出中斷時，重開全局中斷使能。      有了這個基礎(chǔ)，就可以建立我們的人工堆棧了。      例：  #include <avr/io.h>  void fun1

15、(void)      unsigned char i=0;    while(1)          PORTB=i+;      PORTC=0x01<<(i%8);        unsigned char Stack100; /建立一個100字節(jié)的人工堆棧  void&

16、#160;RunFunInNewStack(void (*pfun)(),unsigned char *pStack)      *pStack-=(unsigned int)pfun>>8;    /將函數(shù)的地址高位壓入堆棧，    *pStack-=(unsigned int)pfun;        /將函數(shù)的地址低位壓入堆棧， 

17、   SP=pStack;                            /將堆棧指針指向人工堆棧的棧頂    _asm_ _volatile_("RET nt");    /返回并

18、開中斷,開始運行fun1()    int main(void)       RunFunInNewStack(fun1,&Stack99);         RunFunInNewStack(),將指向函數(shù)的指針的值保存到一個unsigned  char的數(shù)組Stack中，作為人工堆棧。并且將棧頂?shù)臄?shù)值傳遞組堆棧指針SP,因此當用"ret"返回時，從SP中恢復到PC中的值，就變?yōu)榱酥赶騠un1()

19、的地址，開始運行fun1().      上面例子中在RunFunInNewStack()的最后一句嵌入了匯編代碼 "ret",實際上是可以去除的。因為在RunFunInNewStack()返回時，編譯器已經(jīng)會加上"ret"。我特意寫出來，是為了讓大家看到用"ret"作為返回后運行fun1()的過程。      第三篇：GCC中對寄存器的分配與使用        在很

20、多用于AVR的RTOS中，都會有任務(wù)調(diào)度時，插入以下的語句：            入棧：      _asm_ _volatile_("PUSH R0  nt");      _asm_ _volatile_("PUSH R1  nt");    

21、  .      _asm_ _volatile_("PUSH R31 nt");      出棧      _asm_ _volatile_("POP  R31 nt");      .      _asm_ 

22、;_volatile_("POP  R1  nt");      _asm_ _volatile_("POP  R0  nt");      通常大家都會認為，在任務(wù)調(diào)度開始時，當然要將所有的通用寄存器都保存，并且還應(yīng)該保存程序狀態(tài)寄存器SREG。然后再根據(jù)相反的次序，將新任務(wù)的寄存器的內(nèi)容恢復。       

23、;     但是，事實真的是這樣嗎？如果大家看過陳明計先生寫的small rots51,就會發(fā)現(xiàn)，它所保存的通用寄存器不過是4組通用寄存器中的1組。            在Win AVR中的幫助文件 avr-libc Manual中的Related Pages中的Frequently Asked Questions,其實有一個問題是"What registers&#

24、160;are used by the C compiler?"  回答了編譯器所需要占用的寄存器。一般情況下，編譯器會先用到以下寄存器      1 Call-used registers (r18-r27, r30-r31): 調(diào)用函數(shù)時作為參數(shù)傳遞，也就是用得最多的寄存器。      2 Call-saved registers (

25、r2-r17, r28-r29): 調(diào)用函數(shù)時作為結(jié)果傳遞,當中的r28和r29可能會被作為指向堆棧上的變量的指針。            3 Fixed registers (r0, r1): 固定作用。r0用于存放臨時數(shù)據(jù)，r1用于存放0。                  

26、還有另一個問題是"How to permanently bind a variable to a register?",是將變量綁定到通用寄存器的方法。而且我發(fā)現(xiàn)，如果將某個寄存器定義為變量，編譯器就會不將該寄存器分配作其它用途。這對RTOS是很重要的。      在"Inline Asm"中的"C Names Used in Assembler Code&

27、quot;明確表示,如果將太多的通用寄存器定義為變量，剛在編譯的過程中，被定義的變量依然可能被編譯器占用。      大家可以比較以下兩個例子，看看編譯器產(chǎn)生的代碼：(在*.lst文件中)  第一個例子：沒有定義通用寄存器為變量  #include <avr/io.h>  unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d) 

28、      return b+c*d;    int main(void)      unsigned char a=0;    while(1)          a+;      PORTB=add(a,a,a);         &#

29、160; 在本例中，"add(a,a,a);"被編譯如下:     mov r20,r28     mov r22,r28     mov r24,r28     rcall add  第二個例子：定義通用寄存器為變量  #include <avr/io.h>  unsigned char add

30、(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)       return b+c*d;    register unsigned char a asm("r20");  /將r20定義為 變量a    int main(void)     

31、0;  while(1)              a+;          PORTB=add(a,a,a);              在本例中，"add(a,a,a);"被編譯如下:     &

32、#160;  mov r22,r20      mov r24,r20      rcall add      當然，在上面兩個例子中，有部份代碼被編譯器優(yōu)化了。              通過反復測試，發(fā)現(xiàn)編譯器一般使用如下寄存器:    

33、0; 第1類寄存器，第2類寄存器的r28,r29,第3類寄存器      如在中斷函數(shù)中有調(diào)用基它函數(shù)，剛會在進入中斷后，固定地將第1類寄存器和第3類寄存器入棧，在退出中斷又將它們出棧。  -未完待續(xù)-  _<armok01146983.gif> 2007-09-20,01:31:27 資料 郵件 編輯 刪除 【9樓】 cool_hawk 積分：53派別：等級：-來自：武漢第四篇：只有延時服務(wù)的協(xié)作式的內(nèi)核  Cooperative Multitasking  &

34、#160;  前后臺系統(tǒng)，協(xié)作式內(nèi)核系統(tǒng)，與占先式內(nèi)核系統(tǒng)，有什么不同呢?     記得在21IC上看過這樣的比喻,“你(小工)在用廁所，經(jīng)理在外面排第一，老板在外面排第二。如果是前后臺，不管是誰，都必須按排隊的次序使用廁所；如果是協(xié)作式，那么可以等你用完廁所，老板就要比經(jīng)理先進入；如果是占先式，只要有更高級的人在外面等，那么廁所里無論是誰，都要第一時間讓出來，讓最高級別的人先用。”  #include <avr/io.h>  #include <avr/Interrupt.h

35、>  #include <avr/signal.h>  unsigned char Stack200;  register unsigned char OSRdyTbl          asm("r2");    /任務(wù)運行就緒表  register unsigned char OSTas

36、kRunningPrio asm("r3");    /正在運行的任務(wù)  #define OS_TASKS 3      /設(shè)定運行任務(wù)的數(shù)  struct TaskCtrBlock     /任務(wù)控制塊      unsigned int OSTaskStackTop;  /保存任務(wù)的堆

37、棧頂    unsigned int OSWaitTick;      /任務(wù)延時時鐘   TCBOS_TASKS+1;  /防止被編譯器占用  register unsigned char tempR4  asm("r4");  register unsigned char tempR5  asm("r5&

38、quot;);  register unsigned char tempR6  asm("r6");  register unsigned char tempR7  asm("r7");  register unsigned char tempR8  asm("r8");  register unsigned char 

39、;tempR9  asm("r9");  register unsigned char tempR10 asm("r10");  register unsigned char tempR11 asm("r11");  register unsigned char tempR12 asm("r12");  register uns

40、igned char tempR13 asm("r13");  register unsigned char tempR14 asm("r14");  register unsigned char tempR15 asm("r15");  register unsigned char tempR16 asm("r16");  r

41、egister unsigned char tempR17 asm("r17");  /建立任務(wù)  void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)      unsigned char i;    *Stack-=(unsigned int)Tas

42、k>>8;    /將任務(wù)的地址高位壓入堆棧    *Stack-=(unsigned int)Task;         /將任務(wù)的地址低位壓入堆棧    *Stack-=0x00;                 

43、    /R1 _zero_reg_                *Stack-=0x00;                     /R0 _tmp_reg_  &#

44、160; *Stack-=0x80;                      /SREG 在任務(wù)中，開啟全局中斷            for(i=0;i<14;i+)  /在 avr-libc 中的&

45、#160;FAQ中的 What registers are used by the C compiler?      *Stack-=i;                    /描述了寄存器的作用       

46、;   TCBTaskID.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack;  /將人工堆棧的棧頂，保存到堆棧的數(shù)組中      OSRdyTbl|=0x01<<TaskID;      /任務(wù)就緒表已經(jīng)準備好    /開始任務(wù)調(diào)度,從最低優(yōu)先級的任務(wù)的開始  void OSStartTask()     

47、;         OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;    SP=TCBOS_TASKS.OSTaskStackTop+17;    _asm_ _volatile_(    "reti"       "nt"  );     

48、 /進行任務(wù)調(diào)度  void OSSched(void)   /  根據(jù)中斷時保存寄存器的次序入棧，模擬一次中斷后，入棧的情況      _asm_ _volatile_("PUSH _zero_reg_         nt");  /R1    _asm_ _volatile_("PU

49、SH _tmp_reg_          nt");  /R0    _asm_ _volatile_("IN   _tmp_reg_,_SREG_ nt");  /保存狀態(tài)寄存器SREG    _asm_ _volatile_("PUSH _tmp_reg_ 

50、60;        nt");    _asm_ _volatile_("CLR  _zero_reg_         nt");  /R0重新清零    _asm_ _volatile_("PUSH R18    

51、              nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R19                  nt");    _asm_

52、0;_volatile_("PUSH R20                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R21               

53、   nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R22                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R23     

54、0;            nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R24                  nt");    _asm_ _volatil

55、e_("PUSH R25                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R26                

56、0; nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R27                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R30       &#

57、160;          nt");        _asm_ _volatile_("PUSH R31                  nt");    _asm_

58、 _volatile_("PUSH R28                  nt");  /R28與R29用于建立在堆棧上的指針    _asm_ _volatile_("PUSH R29         &

59、#160;        nt");  /入棧完成    TCBOSTaskRunningPrio.OSTaskStackTop=SP;           /將正在運行的任務(wù)的堆棧底保存    unsigned char OSNextTaskID;    &

60、#160;                        /在現(xiàn)有堆棧上開設(shè)新的空間      for (OSNextTaskID = 0;           

61、0;                      /進行任務(wù)調(diào)度      OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID);  

62、0;     OSNextTaskID+);      OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID     cli();  /保護堆棧轉(zhuǎn)換    SP=TCBOSTaskRunningPrio.OSTaskStackTop;    sei();  /根據(jù)中斷時的出棧次序    _asm_ _vol

63、atile_("POP  R29                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R28              &#

64、160;   nt");    _asm_ _volatile_("POP  R31                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R30   &#

65、160;              nt");    _asm_ _volatile_("POP  R27                  nt");    

66、_asm_ _volatile_("POP  R26                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R25            

67、;      nt");        _asm_ _volatile_("POP  R24                  nt");    _asm_ _volatile_("

68、;POP  R23                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R22                &#

69、160; nt");    _asm_ _volatile_("POP  R21                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R20     &#

70、160;            nt");    _asm_ _volatile_("POP  R19                  nt");    _asm_ _

71、volatile_("POP  R18                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  _tmp_reg_          nt"); /

72、SERG 出棧并恢復    _asm_ _volatile_("OUT  _SREG_,_tmp_reg_ nt");    _asm_ _volatile_("POP  _tmp_reg_          nt"); /R0 出棧    _asm_ _vo

73、latile_("POP  _zero_reg_         nt"); /R1 出棧    /中斷時出棧完成    -未完待續(xù)-  _<armok01146983.gif> 2007-09-20,16:47:51 資料 郵件 編輯 刪除 【10樓】 cool_hawk 積分：53派別：等級：-來自：武漢-接第三部-  void OSTimeDly(u

74、nsigned int ticks)      if(ticks)                             /當延時有效          OSRdyTb

75、l &= (0x01<<OSTaskRunningPrio);                TCBOSTaskRunningPrio.OSWaitTick=ticks;      OSSched();             &

76、#160;            /從新調(diào)度        void TCN0Init(void)    / 計時器0      TCCR0 = 0;    TCCR0 |= (1<<CS02);  / 256預分頻&

77、#160;   TIMSK |= (1<<TOIE0); / T0溢出中斷允許                      TCNT0 = 100;         / 置計數(shù)起始值  &#

78、160;       SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)      unsigned char i;    for(i=0;i<OS_TASKS;i+)       /任務(wù)時鐘          if(TCBi.OSWaitTick)      

79、          TCBi.OSWaitTick-;        if(TCBi.OSWaitTick=0)     /當任務(wù)時鐘到時,必須是由定時器減時的才行                    OSR

80、dyTbl |= (0x01<<i);     /使任務(wù)在就緒表中置位                          TCNT0=100;    void Task0()      unsigned int

81、0;j=0;    while(1)                      PORTB=j+;      OSTimeDly(2);        void Task1()      unsigned in

82、t j=0;    while(1)          PORTC=j+;      OSTimeDly(4);        void Task2()      unsigned int j=0;    while(1)     

83、60;   PORTD=j+;          OSTimeDly(8);        void TaskScheduler()        while(1)                  

84、 OSSched();      /反復進行調(diào)度        int main(void)          TCN0Init();    OSRdyTbl=0;    OSTaskRunningPrio=0;    OSTaskCreate(Task0,&Stack49,0); 

85、;   OSTaskCreate(Task1,&Stack99,1);    OSTaskCreate(Task2,&Stack149,2);    OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack199,OS_TASKS);    OSStartTask();       在上面的例子中，一切變得很簡單，三個正在運行的主任務(wù)，都通過延時服務(wù)，主動放棄對CPU的控制權(quán)。   

86、  在時間中斷中，對各個任務(wù)的的延時進行計時，如果某個任務(wù)的延時結(jié)束，將任務(wù)重新在就緒表中置位。     最低級的系統(tǒng)任務(wù)TaskScheduler()，在三個主任務(wù)在放棄對CPU的控制權(quán)后開始不斷地進行調(diào)度。如果某個任務(wù)在就緒表中置位，通過調(diào)度，進入最高級別的任務(wù)中繼續(xù)運行。_<armok01146983.gif> 2007-09-20,16:49:20 資料 郵件 編輯 刪除 【11樓】 cool_hawk 積分：53派別：等級：-來自：武漢第五篇： 完善的協(xié)作式的內(nèi)核    &

87、#160;  現(xiàn)在為上面的協(xié)作式內(nèi)核添加一些OS中所必須的服務(wù)：     1  掛起和重新運行任務(wù)     2  信號量(在必要時候，可以擴展成郵箱和信息隊列)     3  延時  #include <avr/io.h>  #include <avr/Interrupt.h>  #include <avr/

88、signal.h>  unsigned char Stack400;  register unsigned char OSRdyTbl          asm("r2");    /任務(wù)運行就緒表  register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3&qu

89、ot;);    /正在運行的任務(wù)  #define OS_TASKS 3                    /設(shè)定運行任務(wù)的數(shù)量  struct TaskCtrBlock      unsigned int OSTaskStackTop;

90、60; /保存任務(wù)的堆棧頂    unsigned int OSWaitTick;      /任務(wù)延時時鐘   TCBOS_TASKS+1;  /防止被編譯器占用  register unsigned char tempR4  asm("r4");  register unsigned char tempR5 

91、60;asm("r5");  register unsigned char tempR6  asm("r6");  register unsigned char tempR7  asm("r7");  register unsigned char tempR8  asm("r8");  register unsigne

92、d char tempR9  asm("r9");  register unsigned char tempR10 asm("r10");  register unsigned char tempR11 asm("r11");  register unsigned char tempR12 asm("r12");  r

93、egister unsigned char tempR13 asm("r13");  register unsigned char tempR14 asm("r14");  register unsigned char tempR15 asm("r15");  register unsigned char tempR16 asm("r16

94、");  register unsigned char tempR17 asm("r17");  /建立任務(wù)  void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)      unsigned char i;     

95、60;                    *Stack-=(unsigned int)Task>>8;    /將任務(wù)的地址高位壓入堆棧，    *Stack-=(unsigned int)Task;        

96、0;/將任務(wù)的地址低位壓入堆棧，          *Stack-=0x00;                     /R1 _zero_reg_            

97、0;   *Stack-=0x00;                     /R0 _tmp_reg_    *Stack-=0x80;                

98、                          /SREG 在任務(wù)中，開啟全局中斷            for(i=0;i<14;i+)  /在 avr-libc 中的 

99、;FAQ中的 What registers are used by the C compiler?      *Stack-=i;                    /描述了寄存器的作用       

100、60;TCBTaskID.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack;    /將人工堆棧的棧頂，保存到堆棧的數(shù)組中    OSRdyTbl|=0x01<<TaskID;      /任務(wù)就緒表已經(jīng)準備好    /開始任務(wù)調(diào)度,從最低優(yōu)先級的任務(wù)的開始  void OSStartTask()       

101、60;      OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;    SP=TCBOS_TASKS.OSTaskStackTop+17;    _asm_ _volatile_(    "reti"       "nt"  );      /進行任務(wù)調(diào)度  v

102、oid OSSched(void)   /  根據(jù)中斷時保存寄存器的次序入棧，模擬一次中斷后，入棧的情況      _asm_ _volatile_("PUSH _zero_reg_         nt");  /R1    _asm_ _volatile_("PUSH _tmp_reg

103、_          nt");  /R0      _asm_ _volatile_("IN   _tmp_reg_,_SREG_ nt");  /保存狀態(tài)寄存器SREG    _asm_ _volatile_("PUSH _tmp_reg_  &

104、#160;       nt");    _asm_ _volatile_("CLR  _zero_reg_         nt");  /R0重新清零    _asm_ _volatile_("PUSH R18    

105、0;             nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R19                  nt");    _asm_ _v

106、olatile_("PUSH R20                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R21               

107、0;  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R22                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R23      &#

108、160;           nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R24                  nt");    _asm_ _volatile_(&

109、quot;PUSH R25                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R26                 &#

110、160;nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R27                  nt");    _asm_ _volatile_("PUSH R30        

111、          nt");        _asm_ _volatile_("PUSH R31                  nt");    _asm_

112、0;_volatile_("PUSH R28                  nt");  /R28與R29用于建立在堆棧上的指針    _asm_ _volatile_("PUSH R29          

113、;        nt");  /入棧完成          TCBOSTaskRunningPrio.OSTaskStackTop=SP;     /將正在運行的任務(wù)的堆棧底保存    unsigned char OSNextTaskID;     

114、0;     /在現(xiàn)有堆棧上開設(shè)新的空間      for (OSNextTaskID = 0;                 /進行任務(wù)調(diào)度      OSNextTaskID < OS_TASKS &

115、& !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID);        OSNextTaskID+);      OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID     cli();  /保護堆棧轉(zhuǎn)換    SP=TCBOSTaskRunningPrio.OSTaskStack

116、Top;    sei();      /根據(jù)中斷時的出棧次序        _asm_ _volatile_("POP  R29                  nt");    _as

117、m_ _volatile_("POP  R28                  nt");      _asm_ _volatile_("POP  R31          &#

118、160;       nt");    _asm_ _volatile_("POP  R30                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  

119、;R27                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R26                  nt&qu

120、ot;);    _asm_ _volatile_("POP  R25                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R24        

121、;          nt");    _asm_ _volatile_("POP  R23                  nt");    _asm_ _volatile_("

122、;POP  R22                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R21                &#

123、160; nt");    _asm_ _volatile_("POP  R20                  nt");    _asm_ _volatile_("POP  R19     &#

124、160;            nt");    _asm_ _volatile_("POP  R18                  nt");    _asm_ _

125、volatile_("POP  _tmp_reg_          nt");  /SERG 出棧并恢復    _asm_ _volatile_("OUT  _SREG_,_tmp_reg_ nt");    _asm_ _volatile_("POP  _tmp_reg_